画家描绘的一幅由黑洞-白洞对构成的光学体系。图片来源：2021级博士生现任亚利桑那大学博士后，Anthony Brady
路易斯安那州立大学的物理学家利用量子信息理论技术，发现了一种可控的能激发或放大基于霍金效应产生的纠缠态的物理机制。他们提出一种可在实验室中用人为生成的事件视界来验证这一设想的方案。研究结果近期发表在《物理评论快报》上:《Quantum aspects of stimulated Hawking radiation in an analog white-black hole pair》，其中Anthony J. Brady和Dimitrios Kranas提供了主要思路，并将其应用于一个包含模拟白洞-黑洞对的光学系统中。
黑洞是我们宇宙中最神秘的一种物质，因为它们的内部都被隐藏在一个完全遮蔽的“面纱”后面，即黑洞的事件视界。1974年，霍金让黑洞更添神秘色彩，他指出，结合量子效应，黑洞并非真正的“全黑”，而是像一个热体一样通过 “霍金蒸发过程”逐渐发出辐射并因此损失质量。根据霍金的计算，发射出的辐射与黑洞的内部在量子力学上会出现纠缠效应，这种纠缠便是霍金效应的量子特征。这一惊人假设很难得到验证，尤其是通过真正的黑洞检验，因为微弱的霍金辐射会被宇宙中的其他辐射源所掩盖而难以探测。
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另一方面，在20世纪80年代，William Unruh在其发表的一篇开创性论文种提出，自发形成的纠缠态霍金粒子可以产生于任何能生成有效事件视界的系统中，而这种系统则属于 “模拟引力系统”的范畴。此研究为霍金观点在实验室环境下的可验证性打开了一扇窗。
一些研究模拟引力系统的严谨实验已经开展了十多年，构成该系统的研究对象则包括玻色-爱因斯坦凝聚、非线性光纤、甚至水流等。受激或自发形成的霍金辐射在几个实验中已被观测到，但由于其过于微弱的信号使得纠缠态的测量尤其困难。
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Ivan Agullo副教授认为：“我们的研究表明，人们可以通过拣选适当的量子态形成事件视界并以可调方式来放大霍金辐射产生过程中的纠缠效应，例如，我们将其应用于非线性光学材料内产生的一个模拟黑洞-白洞对”。亚利桑那大学的博士后Anthony Brady称，这项研究中所使用到的量子信息工具来自于他与Jonathan P. Dowling教授研究生的研究项目。“乔恩极具个人魅力，他的研究总能体现出这种不拘一格的魅力以及他的许多古怪想法。他鼓励我研究一些比如模拟黑洞这样的新奇事物，看看我是否能融合物理学各个领域的技术，比如量子信息和模拟引力，去催生一些如他称为‘可爱’的新兴事物”。路易斯安那州立大学的研究生Dimitrios Kranas则称：“霍金过程是最具广度的物理现象之一，它连接了从量子理论到热力学和相对论等看似不相关的各物理学领域。模拟黑洞的出现为此添色不少，同时也为我们提供了在实验室中验证它的可行性。这些详细的数值分析能使科学家探究霍金过程一些新的特征，以帮助我们更好地了解真实黑洞和模拟黑洞之间的相似及差异性。”
翻译：范嘉豪
审校：董子晨曦
引进来源：路易斯安那州立大学
本文来自：中国数字科技馆
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